Comme pour l'A320neo, plus petit, l'amélioration de l'A330neo concerne ses moteurs.

Comme pour la famille A320neo, plus petite, la principale amélioration de l'A330neo concerne son groupe motopropulseur. Neo signifie en effet New Engine Option (nouvelle option de moteur).

Il met l'A330, qui date du début des années 1990, au même niveau que les avions de ligne à fuselage large modernes comme le Boeing 787 Dreamliner, ainsi que son frère l'A350, en termes de technologie et de groupe motopropulseur.

Les moteurs utilisés sur l'A330neo sont des Rolls-Royce Trent 7000, plus gros et plus puissants que ceux utilisés sur les anciens A330. Ils sont également plus silencieux.

L'avion dispose également des dernières améliorations du cockpit et de la cabine, le rendant plus confortable pour les passagers et plus avancé pour les pilotes.

Pour différencier un Airbus A330neo d'une version classique, le moyen le plus simple est de repérer la bande noire autour des hublots du cockpit. C'est le cas de toutes les nouvelles variantes d'Airbus, comme la famille A320neo et l'A350.